渤海湾月东区块KCl聚合醇钻井液技术.pdf

第 3 l 卷 第 2期 2 0 1 4年3月 钻井 液与 完井 液 DRI LLI NG FLUl D C0M PLETI ON FLUI D V_o 1 ． 3 l NO． 2 M a t ．2 01 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 2 4 渤海湾月东区块 K C 1 聚合醇钻井液技术 廖学华 ， 于盟 ， 张振华 2 ， 刘榆 ， 彭云涛 ， 李忠义 1 ． 中围石油集团长城钻探工程公司工程技术部，辽宁盘锦 ； 2 ． 中国石油集团长城钻探工程公司钻井液公司．北京 廖学华等 ． j 孛 } 海湾月东区块 KC I 聚合醇钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 I 4 ，3 1 2 8 9 ． 9 1 ． 摘要介绍了海南 一 月东区块的地质特征，针对该区块地层压力系数低等特点，采用 了低 密度、具有强抑制性和 良好润滑性的KC 1 一聚合醇钻井液体系，解决 了该 区块钻进过程中容易出现的携砂不理想、泥岩井段扩径、固井质量不 合格等钻井液技术难题。介绍了利用离心沉淀法测量滤液中K 含量的方法，这种改进的K 含量测量方法，比通过氯 离子滴定法测量 c r含量来推算 K 含量更能准确反映钻井液中K 的含量。现场应用结果表明．泥岩井段井径扩大率 得到了有效控制，使用密度大幅度下降。 关键词KC 1 ． 聚合醇钻井液 ； 井眼稳定 ；抑制性 ； K 含量 ； 低剪切速率黏度 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 40 2 ． 0 0 8 9 ． 0 3 1 地质 特 ． 渤海湾海南 一 月东区块构造位于海南 一 月东披覆 构造带南端 ，以人工岛平台方式进行钻探开发 。该区 块构造落实 、油层 比较发育，井深 1 0 0 0 1 1 3 以浅的上 部地层主要以砂岩 、细砂岩为主，馆陶组底部有一些 具有磨蚀性 的夹层 ， 岩性为含砾砂岩 、 砂砾岩 ， 分选差 ， 磨圆中等，录井资料显示，含砾石层在 9 0 0 ～9 2 0 m、 1 2 2 0 ～ 1 2 5 0 m，粒 径为 4 ～6 mm，最大粒径 为 1 0 IT I1 T I ； 东营组地层主要以含砂泥岩 、粉砂质泥岩为主 ， 东二段地层可能钻遇气层及潜山， 需要防气侵和溢流、 防渗漏。根据实钻资料确定该区块地层压力梯度为 9 ． 7 k P a ／ m，压力系数为 0 ． 9 9 ，地层压力较低 ⋯。 2 钻 井液技 术难 点 1 密度控制难度大。该 区块定 向井二 开钻头尺 寸为 2 4 1 - 3 mm，井斜在 3 0 。 ～6 0 。 之间，完钻井深为 1 8 0 0 ～2 4 0 0 m，造斜段为 3 8 0 ～8 5 0 m，水平位移 在 8 0 0 ～ l 2 0 0 m之 间。上 部地 层钻速快 ，主要 以砂 岩为主，可通过补充大量的低密度胶液和固控设备的 高效利用来控制密度。但进入东营组钻遇大段泥岩以 后，机械钻速比上部馆陶组明显下降，岩屑被 P D C 钻头不断研磨而变得很细， 固控设备清除效果不理想 ， 而且 由于机械钻速变慢 ，钻井液消耗量小，很难通过 补充新胶液进行稀释。如果用老浆进行定向井二开钻 进 ，密度控制就更难 。 2携砂困难。当定向井的井斜角在 3 0 。 ～6 0 。 之 间时 ，携砂 比较 困难 ，月东区块生产井的实际环空返 速只有 0 ． 6 ～0 ． 9 r n ／ s ，不能形成紊流。另外 ，岩屑容 易被 P D C钻头研磨得较 细，且该区块粉砂 、粉砂质 泥岩较多，这些都造成了携砂困难。 3固井质量要求。该区块油水关系复杂，为了 避免后期试采过程中油水串层 ，甲方对作为油水分隔 层 的 Ng I、Ng I I 和 E d 的 3 段 泥岩井段的固井质量 提出了很高要求。 4井径不规则 。由于上部井段钻井液的黏度和 切力偏低 ，对井壁的冲蚀相对较为严重 ，疏松 的砂岩 段 易形成 “ 大肚子 ”井 眼 ； 进入馆 陶组后 ，由于泥 岩成岩性差 ，多为含砂 、粉砂质泥岩 ，且 用滴定法 间接检测 的 含量高于实 际 I 十 含量 ，导致钻井液 中 浓度偏低 ，造成钻井液的抑制性不够 ，导致馆 陶组泥岩扩径 ，井径不规则。因为钻井液中 K 会通 过与地层 中的 H 、Na 不断置换 而大量消耗 ，而 c l 一 不 断积 累，2者 并不是 一一对应 的关 系，所 以通过 测定 C l一 推算 出的 含量，并不是钻井液中真实的 含量。 第一作者简介 廖学华，高级工程师，1 9 6 3 年生，1 9 8 3 年毕业于江汉石油学院开发系钻井工程专业。地址 辽宁省盘锦市 长城钻探工程技术部辽河分部 ； 邮政编码 1 2 4 0 0 0；电话 0 4 2 7 7 2 9 7 8 0 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钴井液与 完 井液 2 0 1 4年 3月 3 室 内研 究 3 ． 1 KC I 对钻井液抑制性的影响 将该区块泥页岩样品与钻井液装入老化罐中，在 1 2 0℃下热滚 1 6 h ， 测定泥页岩的回收率， 结果见表 1 。 用 WZ 一 1 型页岩膨胀测试仪测定 了黏土在钻井液 中的 线性膨胀率，结果见表 1 。表 1 结果表明，随 K C 1 加 量的增加，回收率明显增大，而膨胀率明显下降。 表 1 不同加量 K C 1 钻井液的抑制性评价 3 ． 2 聚合醇对钻井液性能的影响 不同浓度聚合醇对基浆常规性能及摩阻系数的影 响见表 2 。由表 2可知，随着聚合醇加量的增加，钻 井液黏度略有上升， 但变化不大， 而滤失量有所下降， 泥饼的摩阻系数也随之逐渐降低。说明聚合醇与钻井 液有良好的配伍性，该体系也具有良好的润滑性。 表 2 聚合醇对钻井液流变性能及摩阻系数的影响 4现场钻井液技 术 4 ． 1 控制钻井液有合适的流变性 通过加入 X C D，确保 读数大于 6 ，仍读数大 于 4 ，在井斜大于 3 O 。 的情况下，控制钻井液动切力 大于 1 0 P a ，动塑比达到 0 ．5 P m P a S ，保证钻井液 有良好的悬浮性和携砂能力，避免岩屑堆积到井壁， 形成厚的岩屑床，达到确保井眼清洁的目的[2 -3 ] 。 使用剪切泵，在井浆中 或在配制胶液时 直接 加入 O ．6 ％～O ．8 ％的X C D和P A C R，将钻井液的黏 度控制在 5 5 ～6 2 S 之间，稠度系数保持在 3 0 0 ～5 0 0 mP a S 之问，减少钻井液对井壁 的冲蚀 ，确保井径 的规则 。 4 ． 2 提高钻井液的抑制性 4 ． 2 ． 1 用改进的方法测定 含量 目前 含量的测定方法有 2 种。第 1 种为 c l一 滴定法，这是目前现场普遍使用的一种方法，通过 滴定法测量钻井液滤液 中c r含量来推算 的含 量。这种方法操作方便、步骤简洁，但由于钻井液中 的 在不停地消耗，而 c l 一 却不断累积，所以利用 该方法测得的 含量高于钻井液中实际的 含量 ， 且存在较大的误差。第 2 种方法为离心沉淀法。通过 试剂与K 生成不溶于水的沉淀后进行离心，根据沉 淀量来计算 含量，这种方法测定的结果更能反映 出钻井液 中 的真实含量 ，相对来说误差更小。采 用 2种方法平行检测 了钻井液滤液中 含量 ，并进 行了结果对比，实验数据见表 3 。 表 3 滴定法与沉淀法测定结果的对比 C l _ 滴定法 和离心沉淀法检测结果显示 ，2种检 测方法得到的 含量误差约为 2 1 0 0 0 mg ／ L 2 ． 1 ％ ； 很显然，离心沉淀法得到的K 含量更为真实。所以 月东 B岛现场采用离心沉淀法检测钻井液中 含量。 4 ． 2 ．2 提高K c l 和多元包被抑制剂的加量 改型时，在钻井液中直接加入 K C 1 ，保证其有效 含量不低 于 4 ％ ；日常维护时 以混入含 6 ％KC 1 的胶 液为主 。钻进过程 中按 1 ． 5 k g ／ m加入 C ． DB Y多元包 被抑制剂 ，保证钻井液有足够的抑制和包被能力 ，控 制泥页岩水化分散 ，保证井壁稳定 ，同时还能提高钻 井液对岩屑的包被能力和固相清除效率，降低钻井液 中的有害固相含量。 4 ． 3 保证钻井液有良好的润滑性 钻井液要实现良好的润滑，泥饼质量是关键。 2 4 h 不间断使用离心机，最大限度清除有害固相， 控 制 固 相 含 量 小 于 6 ％ ；加 入 4 ％～5 ％P AC ． L V和 2 ％～3 ％S t a r c h C M，控制滤失量小于 4 mL，形成薄 而致密的泥饼。在此基础上， 逐渐把聚合醇加量从 1 ％ 提高到3 ％， 使泥饼摩阻系数由0 ．0 6 9 9 降低至0 ． 0 4 3 7 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 1 卷 第2 期 廖学华等渤海湾月东区块K C 1 聚合醇钻井液技术 9 l 由于提高了泥饼质量和润滑性 ， 卡钻的风险明显降低， 定向时托压情况大大减少，同时也避免了形成泥包。 4 ． 4 增强钻井液的封堵能力 钻进至东营组泥岩段以后 ， 加人 4 ％5 ％P AC L v 和 2 ％～3 ％S t a r c h C M，控制钻井液的 中压滤失量为 4 m L左右，进一步减少钻井液滤液侵人地层，减缓 泥岩 水 化膨 胀 趋 势 ；加入 1 ． O ％～ 1 ． 5 ％ 超 细 C a C O 和 0 ． 2 ％～0 ． 3 ％H S T AB白沥青 页岩抑制 剂 ，提 高钻 井液的封堵效果和改善泥饼质量 ，提高井壁稳定性 ， 配合工程措施确保井壁光滑、井径规则。 4 ． 5 确保钻井液的清洁 海上平台钻进时的排量大，机械钻速快，因此振 动筛的处理量和使用的筛布目 数受到限制，造成钻井 液中有害固相不断累积，不利于钻井液密度、固相含 量的控制。因此除砂除泥器和离心机要每天连续 2 4 h 运转 ，将密度控制在 1 ． 1 O ～1 ． 1 4 g ／ c m ，膨润土含量 控制在 3 5 ～5 0 g ／ L之问，确保钻井液的清洁 [4 ] 。 4 ． 6 固井前降低钻井液的黏度和切力 固井前加人稀胶液对钻井液进行稀释 ，控制钻井 液黏度为 4 0 ～4 5 s ，塑性黏度为 1 O ～1 5 m P a s ，动 切力为 4 ～6 P a ， 有利于提高固井施工时的顶替效率。 4 ． 7 应用效果 B 1 、B 2 6 和 B 1 6 井通过提高钻井液在低剪切速 率下的黏度和切力、 提高K C 1 含量和聚合醇加量以后， 垂深 1 2 0 0 ～1 4 0 0 m 泥岩井段 的井径 扩大率有 了明 显的改善，相关数据见表 4 。 表 5列 出了采取 上述措施 后 的 B1 6和 B 2 6井 与 先前完成的 B 2 2 、B 2 3 和 B 2 4 井的全井段密度变化情 况 。由表 5可 以看出 ，采取上述措施 以后 ，钻进时全 井钻井液密度基本上都能控制在 1 ． 1 4 g ／ e m 以下，为 进一步提高机械钻速和保护油层提供了基础。 表 4 垂深 1 2 0 0 ～1 4 0 0 m井段钻井液-眭能及泥岩井段井径 表 5 处理前后不同井钻井液密度变化情况 5 结论 1 ． 通过离心沉淀法测量钻井液滤液中K 的含量 比通过 c r滴定法测量 含量来推算 含量更能准 确反映钻井液 中 的含量。 2 ． 通过提高钻井液在低剪切速率下的黏度和切 力 ，增加钻井液 中 和聚合醇 的含量，砂泥岩井段 井径变的规则，井径扩大率明显下降。 3 ． 通过强化离心机的使用等措施，钻井液的使用 密度明显下降，确保了钻井液的低密度、低固相，为 进一步提高机械钻速和保护油气层提供良好的基础。 4 ． 由井径曲线图和固井声幅图对比可以看出，泥 岩井段井径规则 ，固井质量良好。 参 考 文 献 [ 1 ] 胡景东，龚志敏，王增顺，等 ． 渤海湾超深井牛东 1 井 钻井液技术 f J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 2 ，2 9 3 9 - 1 1 ． Hu J i n g d o n g， Go n g Z h i mi n， W a n g Z e n g s h u n ，e t a 1 ．Dril l i n g fl u i d t e c h n o l o g y o f c a t t l e e a s t l we l l u l t r a d e 印 we l l s i n b o h a i b a y [ J ] ． Dr i l l i n g flu i d＆c o m p l e t i o n flu i d ， 2 0 1 2 ， 2 9 3 9 - l 1 ． [ 2 】 李平 ． 低速梯度下钻井液流变性和触变性研究 [ D ] ． 西南 石油大学硕士论文 ． Li P i n g ． T h e r e s e a r c h a b o ut r h e o l o g y a n d t h i x o t r o p y o f d r i l l i n g fl u i d u n d e r l o w g r a d i e n t [ D] ． Ma s t e r s T h e s i s o f S o u t h we s t Pe t r o l e u m U n i v e r s i t y ． [ 3 ] 郝庆喜 ． 聚合醇防塌钻井液在牛 8 8 井的应用 [ J ] ． 钻井液 与完井夜，1 9 9 7 ，6 1 2 1 ． 2 3 ． Ha o Qi n g x i ． T h e a p p l i c a t i o n o f p o l y me r i c a l c o h o l a n t i c o l l a p s e d ril l i n g fl u i d i n we l l Ni u 8 8 [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，1 9 9 7 ， 6 1 2 1 - 2 3 ． 『 4 ] 林集， 廖刚， 李勇波 ． 氯化钾／ 聚合醇钻井液体系的研究及 性能评价 西南石油大学学报，2 0 0 7 ，2 9 s 2 8 2 8 4 ． [ 5 ] L i n J i ，L i a o G a n g ，L i Yo n g b o ． P o t a s s i u mc h l o r i d e ／ p o l y g l y c o l d r i l l i n gfl u i d s y s t e ms and t h e p e rf o r ma n c e e v a l u a t i o n [ J ] ． J o u r n a l o fS o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i ty，2 0 0 7 ，2 9 S 2 8 2 ． 8 4 ． 收稿 日期2 0 1 3 ． 1 1 ． 1 2 ；HG F 1 4 0 2 C 1 ；编辑 汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m